近海箱型梁桥受海啸波浪力作用试验研究

近海桥梁在极端气候下会受到海啸波或者风暴潮等灾害作用。采用水槽模型试验研究了海啸波在近海桥梁结构上的波浪力作用规律。试验原型为厦门演武大桥的A匝道桥,上部为流线型三室箱梁,下部为圆柱式桥墩。模型采用1∶25缩尺比进行海啸波冲击试验,研究不同海啸波条件下箱梁和桥墩结构所受波浪力特点。研究结果表明：在波浪刚冲击到主梁时,由于受到动水冲击力的作用,结构所受压强会瞬间达到最大峰值,随后,当波浪水流逐渐浸没桥体时,由于受到动水压力的作用,压强趋于稳定变化。不同波速或冲击淹没系数下结构所受的竖向力峰值都约为水平力峰值的两倍,然而,波速或冲击淹没系数的变化却对结构所受水平力的影响更为明显。当波高一样时,随着波速的增加,桥墩所受峰值压强显著增大,而当波速相同时,波高的变化对桥墩所受峰值压强的影响较小,说明桥墩所受波浪力对波速的变化更为敏感。     

初始剪应力与频率对超固结软土变形试验研究

通过GDS循环三轴试验系统,对循环荷载作用下杭州饱和软粘土的动应变变化规律进行了研究,分析了循环应力比、初始剪应力、振动频率及超固结比等因素对动应变的影响。研究结果表明:随着循环应力比的增加,动应变发展速度增快。循环荷载作用下饱和软粘土存在临界循环应力比,通过动应变与循环次数关系曲线也可以确定其值大小。在循环初期,应变率较大,随着循环时间的增加,应变率逐渐减小。随着循环应力比的增加,应变率增加。振动频率对应变-循环次数关系影响明显,随着频率的增加,动应变减小;然而,振动频率对动应变-时间与应变率-时间关系影响不明显。随着初始剪应力的增大,动应变发生较大幅度的增加。初始剪应力对应变率具有显著影响;随着初始剪应力的增加,应变率增加。在对数坐标下,应变率随时间线性减小。随着超固结比的增加,动应变及应变率均减少。在上述试验基础上建立了应变率与时间关系表达式,通过积分得到了循环荷载作用下考虑初始剪应力、振动频率及超固结比影响的杭州饱和软粘土的累积塑性应变模型。     

考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究

基于弹塑性理论对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,根据受力和变形关系得到了不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度。将微元体界面接触刚度与宏观结构应力分析结果相结合,给出了考虑接触刚度的组合结构动力特性研究方法,分析了压气段轮盘接触刚度对某重型燃气轮机拉杆转子固有振动频率的影响。结果表明,界面接触刚度导致转子固有频率降低,随着接触刚度的增加,其对固有频率的影响逐渐减小。接触刚度对转子各阶固有频率的影响不同,法向刚度对第一阶弯曲频率影响较大,切向刚度对第二阶弯曲频率影响较大。     

公路梁式桥上部结构洪水作用机理及抗洪性能研究

洪水灾害是影响桥梁结构安全运行的严重威胁,洪水发生时流水冲击力直接作用于桥梁结构,以往桥梁设计中对水位线以上的桥梁上部结构可能遭受的洪水作用缺乏考虑,造成桥梁上部结构抗洪能力不足。该文以洪水的力学性能为基础,研究了洪水对桥梁上部结构的作用机理,提出了洪水破坏力计算公式及相关参数的确定方法,分析了桥梁上部结构在洪水作用下的主要失效模式及对应的力学平衡方程。研究表明,洪水对桥梁上部结构的主要作用力包括水平冲击力、竖向上浮力、上托力。相应的桥梁上部结构的破坏模式主要有支座滑动、支座剪切、整体倾覆等。在此基础上,针对桥梁上部结构的主要薄弱点,遵循洪水破坏力与结构抗力之间的平衡关系,提出了桥梁上部结构发生支座滑动破坏、支座剪切破坏、整体倾覆破坏模式下的抗洪性能分析思路及计算公式,对公路桥梁的抗洪设计及安全性评估具有指导意义。     

洪水中的安全指示灯

洪水对我们人类来说是一种自然的灾害,很多时候突如其来的暴雨使得我们的道路顷刻之间就被淹没,由于不知道水面下具体的道路情况而出现了难以避免的事故。     

蓄滞洪区洪水演进一、二维数值仿真及其在洼淀联合调度中的应用

为了实现蓄滞洪区内各洼淀实时洪水调度,考虑到蓄滞洪区内复杂河网与洼淀交错的情况,建立了河道、滞洪区联合计算的一、二维衔接洪水演进数学模型,在考虑铁路、公路、堤防及桥涵等阻水建筑物等复杂边界条件下,采用有限体积法进行离散和求解。结合蓄滞洪区实时洪水调度仿真系统的总体框架,建立了模拟洪水在蓄滞洪区内任意位置的水位、流速、淹没水深、历时等演进过程的一、二维洪水演进数值仿真系统。结合大清河实测资料对东淀滞洪区洪水演进进行了模型验证,结果基本吻合,并应用该系统对大清河滞洪区五洼联合调度方案进行了实时模拟,分析了洼淀联合调度下出现的倒淀现象,对不同方案进行了比较分析,实现了实时的洪水调度分析。     

中山市长江水库溢洪道结构安全评价

长江水库溢洪道位于大坝右侧,始建于1978年,随着使用年月的增加,其自身结构安全与泄洪性能受到了极大影响。该道按百年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核标准兴建,主要为开敞式宽顶溢流堰,具有底流消能的工程作用。为了确保长江水库溢洪道的正常使用,本次研究对其结构安全进行系统评价,在此构建了一套系统化的溢洪道结构安全评价方法,不仅适用于该案例的评价,其同时具备普适性,可用于我国多地水库溢洪道的结构安全评价。     

变曲率滚动隔震动力学分析及在球形储罐中的应用

根据力平衡原则推导了椭圆轨道滚动隔震装置恢复力力学模型,并分析了其不同椭圆函数参数及滚动摩擦系数时的力学性能。得出滚球半径及椭圆轨道短轴尺寸一定时,随着长轴的增加,刚度系数逐渐减小,且刚度函数及周期函数的变化率逐渐变小,地震作用时可调节范围也逐渐变小。建议椭圆长轴值的选取综合考虑上部结构自振频率及有可能产生的最大水平位移优化设计。采用速度势刚性理论推导球形储罐考虑储液晃动的变曲率滚动隔震简化力学模型,并进行了地震动响应研究。结果表明:考虑滚动基础隔震后能够有效地减小球形储罐地震动响应,尤其对基底剪力及倾覆弯矩有较好的减震控制作用。同时对储液的晃动响应也能起到一定的抑制作用。球形轨道滚动隔震与椭圆形轨道滚动隔震各工况均值减震率相差较小,且变曲率滚动隔震能在一定程度上限制隔震层位移。     

基于自激励人体模型的人-结构竖向相互作用研究

基于自激励人体模型,建立了考虑人-结构竖向相互作用下行人过桥运动方程,提出了考虑步频主谐和亚谐分量的单人步行力模型,并通过单人过桥试验对该模型进行了验证;分析了人-桥竖向相互作用的变化规律及影响因素。结果表明,人体步频亚谐可能与结构的基频相近,从而引起较大的结构响应;结构固有频率和人/结构质量比对人-结构相互作用影响较大,当结构频率与步频及其主谐波分量频率接近时,耦合效应最显著,其对人体足底力影响最大。随着人/结构质量比的增加,人-结构相互作用逐渐增强。     

非结构因素对钢-朱前坤玻璃组合人行结构模态参数的影响

基于模型现场试验测试,研究了环境温度与运营环境状态（附加质量、行人步行频率）等非结构因素对钢?玻璃组合人行结构模态参数的影响;建立了温度与结构模态参数之间的数学模型,分析了附加质量与行人步行频率对结构模态参数的影响规律。结果表明：一天内温度变化引起的结构模态频率变化可达2.17%,阻尼比变化达87.1%,同时给出了前3 阶竖向模态频率关于温度变化的一次线性拟合表达式;附加质量作用下由结构端部到跨中,结构模态频率逐渐减小,阻尼比逐渐增加,且随着附加质量的增加模态频率降低,阻尼比显著增大;由大量试验数据统计规律可知行人作用下步频对结构模态频率影响较小,结构频率略有减小,模态阻尼比显著增加。因此分析非结构因素对结构模态参数的影响对结构健康检测和损伤识别具有重要意义。     

Probabilistic design of water defense systems in The Netherlands

After the disaster in 1953, a statistical approach to the storm surge levels was chosen and an extrapolated storm surge level would be the basis for dike design. In recent decades, the development of reliability theory made it possible to assess the flooding risks taking into account the multiple failure mechanisms of a dike section and the length effect. It is pointed out that economic activity in the protected areas has grown considerably since the 1950s and that even more ambitious private and public investments, particularly in infrastructure, are planned. Moreover, the safety of a growing population is at stake. These considerations justify a fundamental reassessment of the acceptability of the flood risks.     

强台风作用下近岸海域波浪-风暴潮耦合数值模拟

强台风作用会在近岸海域形成狂风、巨浪、风暴潮等极端环境,严重威胁跨海桥梁等近海工程结构安全。该研究采用Holland模型风场叠加宫崎正卫移行风场和ERA-Interim风场模拟台风风场,探讨了不同的最大风速半径经验公式对风场的适用性,同时驱动SWAN+ADCIRC波流耦合模式,模拟了强台风"玛莉亚"下台湾海峡及近岸海域波浪-风暴潮的发展过程,并分析了近岸海域波浪、风暴潮的分布特点。为证明方法的可行性和准确性,采用风、浪实测资料对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明,叠加风场和TPXO潮汐模式共同驱动的SWAN+ADCIRC波流耦合模式,可以较好地模拟台风期间近岸海域波浪-风暴潮的生成与发展过程。     

Modelling waves and surges during the 1953 storm

Waves and sea levels have been modelled for the storm of 31 January-1 February 1953. Problems in modelling this event are associated with the difficulty of reconstructing wind fields and validating the model results with the limited data available from 50 years ago. The reconstruction of appropriate wind fields for surge and wave models is examined. The surges and waves are reproduced reasonably well on the basis of tide-gauge observations and the sparse observational information on wave heights. The maximum surge coincided closely in time with tidal high water, producing very high water levels along the coasts of the southern North Sea. The statistics of the 1953 event and the likelihood of recurrence are also discussed. Both surge and wave components were estimated to be approximately 1 in 50 year events. The maximum water level also occurred when the offshore waves were close to their maximum. The estimation of return period for the total water level is more problematic and is dependent on location. A scenario with the 1953 storm occurring in 2075, accounting for the effects of sea level rise and land movements, is also constructed, suggesting that sea level relative to the land could be 0.4-0.5m higher than in 1953 in the southern North Sea, assuming a rise in mean sea level of 0.4m.     

诺模图法预报风暴潮的高精度数值实现

介绍了用诺模图法预报登陆台风引起最大风暴潮增水的基本思路,给出了较为详尽的诺模图建立过程和方法,提供了进行诺模图法预报计算所必需的图表.选用二元三点插值和二元全区间插值法进行诺模图/表的插值计算,并用C++语言编写了计算机程序,选用一个算例进行了校验计算.结果表明,这一计算机程序能获得精度较高的预报结果.     

台风作用下风-浪-潮三维环境等值面模型

台风登陆时常伴随强风、巨浪和风暴潮,如何获取台风下的风、浪、潮数据并确定给定重现期下的环境参数成为制约跨海桥梁设计的关键科学问题。以跨海桥梁众多的舟山海域为例,采用SWAN+ADCIRC耦合模型,对过去32年间影响该海域的49次台风过程依次开展数值模拟,利用模拟出的台风作用下风、浪、潮参数建立100年重现期下的环境等值面,讨论了环境参数选取方法对环境等值面模型的影响。研究表明:该文建立的数值模型能为后期构建联合概率及环境等值面模型提供可靠的数据来源;三维嵌套Frank Copula能较好拟合风-浪-潮三维联合概率分布;给定重现期的环境等值面形状受数据选取时刻影响较大,其中风暴潮增水最大值对选取方法最为敏感。     

双腔室自激振荡喷嘴频率特性研究

摘要：作为对双腔室自激振荡喷嘴这一新型喷嘴的探索,基于流体网络理论建立了双腔室自激振荡脉冲射流喷嘴的相似网络模型,理论分析了双腔室自激振荡喷嘴频率特性。模型计算结果表明：双腔室自激振荡喷嘴结构参数对系统的固有频率有重要的影响,系统结构参数间存在最优匹配关系,并与文献中介绍的单腔室结构参数的最佳配比关系有较大的不同,双腔室自激振荡喷嘴较单腔室自激振荡喷嘴可以提高脉冲射流峰值压力。分析结果对双腔室自激振荡喷嘴结构设计具有一定的借鉴价值。     

横板型稳压罐气液两相流场数值模拟及流量稳定性研究

依据湍流模式理论中的标准k-ε湍流模型及流体体积函数多相流模型,实现了水流量标准装置中横板型稳压罐多相湍流流场的数值研究,采用PISO方法求解离散控制方程,并使用UDF编写入口速度脉动信号。获得稳压罐压力场、速度场、流线等关键信息,分析了入口脉动频率、气液比、竖隔板位置因素对流量稳定性的影响,并通过实验验证了计算结果的有效性。结果表明:低频脉动对稳定性影响较大,当泵出口脉动5Hz时,气液比1:3,竖板位于罐体D/3处,稳定性最好,流量波动系数为0.058%。     

杭州湾、浙江沿海一带风暴潮数值预报研究

分析了风暴潮的特点、成灾、危害,介绍了杭州湾风暴潮的重大影响,在Visual Studio 2010平台下,采用C++编程语言开发了二维并行数值预报的可视化软件.通过输入计算域的水深数据及每6h变化的台风参数实现风暴潮数值计算,在界面上直观地显示台风的移动路径和伴随着台风移动整个计算域的增水时历过程,同时同步显示所选验潮站的风暴潮增水时历曲线和移行台风风速大小、方向时历曲线.结合杭州湾的实际地形,将计算域进行了粗网格、二分之一网格细化和四分之一网格细化三种划分,选取5612号、7708号台风和2012年的Damrey、Haikui台风,分别对粗网格和两种细网格区域进行计算.还将5612号、7708号台风的计算结果与验潮站的实测数据进行比对.结果表明,网格的粗细对计算结果的影响不大,但对比实测数据后发现网格越粗计算结果与实测潮位数据的吻合性就越好.     

TOPAAS: An Alternative Approach to Software Reliability Quantification

In the realm of safety related systems, a growing number of functions are realized by software, ranging from ‘firmware’ to autonomous decision‐taking software. To support (political) real‐world decision makers, quantitative risk assessment methodology quantifies the reliability of systems. The optimal choice of safety measures with respect to the available budget, for example, the UK (as low as reasonably practicable approach), requires quantification. If a system contains software, some accepted methods on quantification of software reliability exist, but none of them is generally applicable, as we will show. We propose a model bringing software into the quantitative risk assessment domain by introducing failure of software modules (with their probabilities) as basic events in a fault tree. The method is known as ‘TOPAAS’ (Task‐Oriented Probability of Abnormalities Analysis for Software). TOPAAS is a factor model allowing the quantification of the basic ‘software’ events in fault tree analyses. In this paper, we argue that this is the best approach currently available to industry. Task‐Oriented Probability of Abnormalities Analysis for Software is a practical model by design and is currently put to field testing in risk assessments of programmable electronic safety‐related systems in tunnels and control systems of movable storm surge barriers in the Netherlands. The TOPAAS model is constructed to incorporate detailed fields of knowledge and to provide focus toward reliability quantification in the form of a probability measure of mission failure. Our development also provides context for further in‐depth research. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.